GNSS数学仿真原理及系统实现

许承东，1965年10月生，浙江省临安市，研究生学历，博士学位，北京理工大学宇航学院教授，主要从事飞行器设计、卫星导航系统仿真等领域的研究。

　　《GNSS数学仿真原理及系统实现》共分12章，第1章阐述了卫星导航系统的基本概念与GNSS数学仿真需求；第2章介绍了卫星导航系统常用的坐标系统和时间系统，推导了各坐标系统之间的转换关系和各时间系统之间的转换关系；第3章介绍了四大导航系统卫星星座的特点，分析了不同卫星无摄运动和受摄运动下的轨道模型，并给出了卫星轨道仿真实例；第4章描述了历书数据、广播星历以及后处理星历的特点，介绍了四大导航系统的导航电文格式与内容；第5章介绍了通用的对流层延迟模型和电离层延迟模型，并给出相应的仿真实例；第6章针对简单运动、车辆运动、舰船运动、飞机运动以及导弹运动建立了相应的载体运动模型，并以飞机运动为例给出了相应的仿真实例；第7章建立了伪距观测模型和载波相位观测模型，并分析了各观测量的主要误差来源；第8章介绍了卫星导航系统定位原理，分析了观测方程的线性化模型，并对常用的定位算法进行了研究和仿真分析；第9章介绍了三维可视化的基本原理，对卫星导航系统的相关信息进行了三维可视化仿真与分析；第10章介绍了GNSS数学仿真系统的总体架构和各子系统研发的技术路线，就系统运行的软件和硬件环境进行了介绍，最后介绍了系统的工作流程和具体的仿真流程；第11章从各子系统的用例设计和界面设计出发介绍了GNSS数学仿真系统的设计与实现；第12章从场景设计出发，首先介绍了GNSS数学仿真系统中场景的概念及场景的方案设计，然后结合场景设计介绍了几个典型的仿真实例。

第1章　绪论
1.1引言
1.1.1卫星导航概述
1.1.2系统仿真技术
1.2GNSS概述
1.2.1美国GPS
1.2.2俄罗斯GLONASS
1.2.3欧盟Galileo系统
1.2.4中国BDS
1.2.5GNSS的兼容互操作
1.3GNSS数学仿真系统
1.3.1功能分析
1.3.2性能分析
1.3.3运行环境与数据格式
1.3.4人机交互界面

第2章　坐标系统和时间系统
2.1坐标系统
2.1.1地球参考模型简介
2.1.2地心惯性坐标系
2.1.3地心地固坐标系
2.1.4大地坐标系
2.1.5当地地理坐标系
2.1.6载体坐标系
2.2坐标系统之间的转换
2.2.1同一参考椭球下坐标系统的转换
2.2.2不同参考椭球间笛卡尔坐标系统的转换
2.3时间系统
2.3.1天文时
2.3.2原子时
2.3.3协调世界时
2.3.4导航卫星系统时
2.4时间系统之间的转换
2.4.1导航系统时与UTC之间的转换
2.4.2不同导航卫星系统时之间的转换

第3章　卫星轨道建模与仿真
3.1GNSS星座特点分析
3.1.1GPS卫星星座特点分析
3.1.2GLONASS卫星星座特点分析
3.1.3Galileo系统卫星星座特点分析
3.1.4BDS卫星星座特点分析
3.2卫星轨道基础理论
3.2.1开普勒三大定律
3.2.2开普勒轨道根数
3.2.3开普勒轨道建模
3.2.4受摄运动
3.3基于星历参数的卫星轨道仿真
3.3.1基于16参数的GPS、Galileo系统和BDS卫星轨道计算
3.3.2基于18参数的GPS卫星轨道计算
3.3.3GLONASS卫星轨道计算
3.4仿真实例
3.4.1GPS、Galileo和BDS卫星轨道仿真实例
3.4.2GLONASS卫星轨道仿真实例

第4章　卫星星历描述与导航电文
4.1历书数据
4.2广播星历
4.3后处理星历
4.4导航电文编码
4.4.1GPS导航电文
4.4.2GLONASS导航电文
4.4.3Galileo系统导航电文
4.4.4BDS导航电文
4.5导航电文数据生成
4.5.1广播星历数据拟合
4.5.2卫星星钟参数拟合
4.5.3电离层Klobuchar模型参数拟合

第5章　空间环境仿真
5.1电离层效应
5.1.1电离层简介
5.1.2电离层延迟
5.1.3映射函数
5.1.4电离层延迟模型
5.2对流层效应
5.2.1对流层简介
5.2.2对流层延迟
5.2.3映射函数
5.2.4对流层延迟模型

第6章　载体运动建模与仿真
6.1载体运动建模
6.1.1简单运动载体模型
6.1.2车辆运动载体建模
6.1.3舰船运动载体建模
6.1.4飞机运动载体建模
6.1.5导弹运动载体建模
6.2仿真实例

第7章　观测数据仿真
7.1观测量误差来源分析
7.1.1与卫星有关的误差
7.1.2与信号传播有关的误差
7.1.3与接收机有关的误差
7.2伪距观测量仿真
7.3多普勒频移和载波相位观测量仿真

第8章　载体定位算法分析与仿真
8.1卫星导航系统定位方法
8.1.1单点定位原理
8.1.2差分定位原理
8.1.3相对定位原理
8.2观测方程的线性化
8.2.1伪距单点定位的线性化模型
8.2.2载波相位单点定位的线性化模型
8.2.3相对定位的线性化模型
8.3卫星导航系统常用定位算法
8.3.1最小二乘定位算法
8.3.2卡尔曼滤波定位算法

第9章　全球导航卫星系统的三维可视化
9.1三维可视化技术基础
9.1.1三维可视化原理
9.1.2三维可视化算法
9.1.3三维可视化的实现流程
9.1.4三维可视化的应用
9.2GNSS三维可视化
9.2.1GNSS可视化仿真软件介绍
9.2.2星地一体三维可视化
9.2.3GNSS数据的可视化

第10章　GNSS数学仿真系统总体方案
10.1系统总体设计
10.1.1系统总体架构
10.1.2各子系统研发技术路线
10.2系统运行环境构建
10.2.1系统运行环境硬件架构
10.2.2系统运行环境软件架构
10.3系统工作流程

第11章　 GNSS数学仿真系统设计与实现
11.1仿真任务设计子系统设计与实现
11.1.1用例设计
11.1.2界面设计
11.2仿真任务运行子系统设计与实现
11.2.1用例设计
11.2.2界面设计
11.3数据管理子系统设计与实现
11.3.1用例设计
11.3.2界面设计
11.4仿真模型管理子系统设计与实现
11.4.1用例设计
11.4.2界面设计
11.5综合显示子系统设计与实现
11.5.1用例设计
11.5.2界面设计

第12章　GNSS数学仿真系统仿真实例
12.1GNSS仿真系统的卫星导航场景设计
12.1.1卫星导航应用场景
12.1.2卫星导航应用场景设计
12.1.3卫星导航应用场景设计实例
12.2定位算法性能仿真
12.2.1场景设计
12.2.2仿真流程
12.2.3仿真结果分析
12.3混合星座DOP值仿真
12.3.1场景设计
12.3.2仿真流程
12.3.3仿真结果分析
12.4卫星导航系统的星座覆盖性能仿真
12.4.1场景设计
12.4.2仿真流程
12.4.3仿真结果分析
参考文献